(57)【要約】【課題】  回転炉床炉での還元処理量や還元雰囲気の温度及び酸素濃度を犠牲にすることなく排ガスの温度及び酸素濃度を制御し、還元雰囲気が排気ダクトに侵入した大気と反応し不必要な発熱や圧力上昇を起こさせない安定した還元処理をおこなう。【解決手段】  排ガスの酸素濃度28を所定の酸素濃度になるように排気直前のガス流れ上流側の炉室ａ内に２次燃焼空気を吹き込む、次に排ガスの温度29を所定の温度範囲になるように該炉室ａの前の炉室ｂ内に２次燃焼空気を吹き込む。この２つの手段を排ガスダクトの酸素濃度28や温度29が所定の範囲に収まるまで繰り返す。制御性をさらに向上させるために、炉室ａと炉室ｂにおのおのの炉室内温度を測定し各炉室内で所定の温度になるように燃料と１次燃焼空気を変更させる温度制御をおこなう。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３室以上の炉室を有する回転炉床式還元炉における排ガスの酸素濃度及び温度の制御方法であって、排気ダクト中の排ガスの酸素濃度が所定の範囲になるように、排気ダクト直前のガス流れ上流側の炉室ａ内に２次燃焼空気を吹き込む第一の工程と、排気ダクト中の排ガスの温度が所定の範囲になるように、該炉室ａの直前の炉室ｂ内に２次燃焼空気を吹き込む第二の工程を、該所定の範囲の酸素濃度及び温度が共に満たされるまで交互に繰り返すことを特徴とする回転炉床式還元炉における排ガスの酸素濃度及び温度の制御方法。
【請求項２】
更に、前記炉室ａの温度が所定の範囲になるように、炉室ａ内の燃料量と１次燃焼空気量を空気比一定の下で変更する第三の工程と、前記炉室ｂの温度が所定の範囲になるように、炉室ｂ内の燃料量及び１次燃焼空気量を空気比一定の下で変更する第四の工程を、前記所定の酸素濃度範囲、前記排ガスの所定の温度範囲、該炉室ａの所定の温度範囲、及び該炉室ｂの所定の温度範囲の全てが満たされるまで、第一から第四の工程を繰り返すことを特徴とする請求項１記載の回転炉床式還元炉における排ガスの酸素濃度及び温度の制御方法。
【請求項３】
前記炉室ａ、炉室ｂの少なくとも何れかにおいて、２次燃焼空気を吹き込む代わりに、１次燃焼空気比を燃料量一定の下で調整することを特徴とする請求項１記載の回転炉床式還元炉における排ガスの酸素濃度及び温度の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は製鉄プロセス等で発生する金属酸化物を還元処理し回収する還元処理方法に関するものである。特に、還元炉の排ガスの酸素濃度及び温度を制御する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鋼ダスト、高炉ダスト、メッキスラッジ等の酸化鉄や酸化ニッケル等の金属酸化物を還元して金属を回収するための金属酸化物還元炉として、図１及び図２に示すような金属酸化物を石炭やコークス等の還元材と混合して造粒した被処理材１を炉室内を移動する炉床３に載せて、その炉室内を搬送しつつ還元雰囲気下で高温に加熱するインメトコ法と称される方法を適用したものが特許文献１で知られている。
【０００３】
しかし、この還元処理法では、特許文献２で説明されているとおり、還元炉室に設けたバーナー６を空気比１以下にて燃焼させることによって、該還元炉室に一酸化炭素等の未燃ガスを含む還元性の雰囲気ガスを生じさせている。また、加熱炉室に設けたバーナーは空気比１以上にて燃料ガスを完全燃焼させ十分な発熱をえることによって被処理材を高温度に加熱できるようにしている。
ところが、従来のインメトコ法を代表とする被処理材の搬送移動方向と雰囲気ガスの流動方向が逆となる交流式の回転炉床炉では、加熱炉室と還元炉室とが炉内で連通状態にあり、還元炉室で発生した還元性の雰囲気ガスが加熱炉室を通って排気ダクト３０へ排出されるようにしている。このため、加熱炉室では還元炉室で発生した還元性の雰囲気ガスをも燃焼させその燃焼熱を利用すべく十分なる空気を導入している。しかし、必要以上に空気を導入するとかえって加熱炉室の温度を下げることとなり、燃料原単位を悪化させ排ガス処理設備も大型化するなど不都合を招く。
【０００４】
そこで、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４では、安定した還元反応を実現するために炉室内の温度及び酸素濃度を制御する方法が提案されている。
この炉室からの排ガスは高効率での熱回収、及び排ガス基準を達成するため粉塵等を除去するガス清浄化処理が施される。
先行特許及び公知文献には明記されていないが、この炉室からの排ガスは酸素濃度の制御と熱回収及びガス清浄との両立が難しい実態がある。
例えば、特許文献２において炉室内ガスの酸素濃度または一酸化炭素濃度の測定濃度に従い該炉室内に空気を導入し該炉室前炉室で発生した未燃ガスを該炉室で燃焼させると記載されている。しかし、実際には、該炉室内ガス成分は該炉室部位で大きな偏差を有し酸素濃度または一酸化炭素濃度を該炉室内平均値として測定することが実質上不可能である。また、該炉室内ガスの酸素濃度または一酸化炭素濃度の測定濃度に従い該炉室内に空気を導入した結果、該炉室内の未燃ガスが多く該炉室内温度が制御すべき温度範囲を超えて上昇する現象が発生することがある。
【０００５】
【特許文献１】特公昭６４−５２３３
【特許文献２】特開平１１−２４８３５９
【特許文献３】特開２００２−８１８６７
【特許文献４】特開２００１−１１５２０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
金属酸化物還元炉室では、金属酸化物を還元剤と反応させるため１０００℃程度の高い温度と還元雰囲気、例えば一酸化炭素雰囲気を必要とする。この炉室雰囲気が排気ダクトにそのまま侵入すると、還元雰囲気が排気ダクトに侵入した大気と反応し不必要な発熱や圧力上昇を起こすことがある。そのため、排気ダクト直前のガス流れ上流側の炉室にて２次燃焼空気と称する還元雰囲気ガスを燃焼させる空気を吹き込む必要がある。
しかし、還元雰囲気ガスと２次空気が反応した結果、排気ガスが高温となり排ガスからの熱回収設備上限温度やガス清浄設備上限温度を超えたりする好ましくない事態を招く。このようなことが発生すると還元炉での処理量を低減し排ガス量を下げることにより排ガス温度を下げる操業を余儀なくされる。
本発明は、還元反応を進める炉室内での温度、酸素濃度及び還元ガス濃度を犠牲にすることなく排ガスの温度及び酸素濃度を制御し、廃熱回収とガス清浄化を円滑におこなうものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は以下のとおりである。
（１）３室以上の炉室を有する回転炉床式還元炉における排ガスの酸素濃度及び温度の制御方法であって、排気ダクト中の排ガスの酸素濃度が所定の範囲になるように、排気ダクト直前のガス流れ上流側の炉室ａ内に２次燃焼空気を吹き込む第一の工程と、排気ダクト中の排ガスの温度が所定の範囲になるように、該炉室ａの直前の炉室ｂ内に２次燃焼空気を吹き込む第二の工程を、該所定の範囲の酸素濃度及び温度が共に満たされるまで交互に繰り返すことを特徴とする回転炉床式還元炉における排ガスの酸素濃度及び温度の制御方法。
（２）更に、前記炉室ａの温度が所定の範囲になるように、炉室ａ内の燃料量と１次燃焼空気量を空気比一定の下で変更する第三の工程と、前記炉室ｂの温度が所定の範囲になるように、炉室ｂ内の燃料量及び１次燃焼空気量を空気比一定の下で変更する第四の工程を、前記所定の酸素濃度範囲、前記排ガスの所定の温度範囲、該炉室ａの所定の温度範囲、及び該炉室ｂの所定の温度範囲の全てが満たされるまで、第一から第四の工程を繰り返すことを特徴とする（１）記載の回転炉床式還元炉における排ガスの酸素濃度及び温度の制御方法。
（３）前記炉室ａ、炉室ｂの少なくとも何れかにおいて、２次燃焼空気を吹き込む代わりに、１次燃焼空気比を燃料量一定の下で調整することを特徴とする（１）記載の回転炉床式還元炉における排ガスの酸素濃度及び温度の制御方法。
【発明の効果】
【０００８】
排ガスの酸素濃度を測定し排気直前のガス流れ上流側の炉室ａ内に燃焼用空気を吹き込むだけでは排ガス温度が上昇するが、本発明を適用し排ガス温度を測定して排気直前炉室ａのその前の炉室ｂ内にも燃焼用空気を吹き込むことにより排気前炉室内一酸化炭素等の還元ガス濃度を低下することが出来るので排ガス中の酸素濃度を不必要な発熱や圧力上昇が発生しない濃度に保ちつつ排ガス温度を安定して制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
還元炉の排気ダクトと排気ダクト直前のガス流れ上流側の炉室ａ、炉室ａのその前の炉室ｂ、炉室ｃから構成される装置にて炉室ａ、炉室ｂ、炉室ｃの各々の温度及び雰囲気ガスを制御して炉室内の材料を還元させる。排気ダクトへの入口からダクト径の３倍程度以上下流で排気ガスが完全に混合したと見なせる位置にて排気ダクト中の排ガス酸素濃度を酸素センサー等の酸素濃度分析計で測定し排気ダクト中の酸素濃度が制御目標酸素濃度未満（例えば１％未満）であれば炉室ａの２次燃焼空気量を増加させ、排気ダクト中の酸素濃度が制御目標酸素濃度を超え（例えば２％超）れば炉室ａの２次燃焼空気量を削減する。
次に排気ダクト中の排気ガス温度を熱電対等の温度測定器で測定し制御目標温度を超える（例えば１０２０℃超）であれば炉室ｂの２次燃焼空気量を増加させ、制御目標温度未満（例えば９８０℃未満）であれば炉室ｂの２次燃焼空気量を削減する。
炉室ａ及び炉室ｂの２次燃焼空気は該炉室内の一酸化炭素等の還元雰囲気ガスと反応する。炉室ａにおける二次燃焼空気が還元雰囲気ガスの燃焼に必要な理論空気比以上であれば排気ダクト中で酸素を検出し、理論空気比以下であれば還元雰囲気ガスの未燃焼分が排気ダクト中に流れ込む。排気ダクト中での酸素濃度は理論上は０％以上であれば良いが、高すぎると排ガス量が増加し過大な排ガス処理設備が必要となったりエネルギ効率を悪化させるので、実設備では外乱や制御安定性を考慮して１〜２％を目標とすることが望ましい。
また、排気ダクト中の酸素濃度を目標値に収めるため炉室ａの雰囲気ガスを理論空気比以上で燃焼したことにより炉室ａで必要とする熱量以上となることがあり得る。その場合には排気ダクト中の温度が目標値を超えることになる。排気ダクト中の温度を制御する目的で炉室ａにおける還元雰囲気ガスの濃度を下げるために炉室ｂに２次燃焼空気を投入する。
排気ガスの酸素濃度、温度の制御性を更に向上させるために炉室ａ及び炉室ｂの各々の炉室炉体に炉内雰囲気ガス温度を測定するように設けた熱電対等の温度測定器を用いて測定した各々の炉室温度を用いて当該炉室の燃料量と１次燃焼空気量を空気比一定で同時に制御する。
以上の制御方法をフローチャートに示したのが図３である。
尚、第一の工程と第二の工程の間に第三の工程を実行し、第二の工程の後に第四の工程を実行する等の手段の順序を変えても構わない。
【００１０】
排気ダクト中排気ガスの酸素濃度と温度とを制御するために必要な空気量を炉室ａ及び炉室ｂの２次燃焼空気で調整する代わりに、炉室ａ及び炉室ｂの１次燃焼空気量を変えることで調整することも可能である。
排気ダクトの位置は炉室端部に設定する場合の他に、図７に示すように、乾燥予熱炉室０を有し炉室０と炉室ａとの間に設ける場合にも本発明の適用は有効である。その場合には乾燥予熱炉室０の排ガスとそれ以降の炉室排ガスとを混合する前の炉室ａ経由のみの排ガスの酸素濃度と温度とを測定することにより本発明が有効になる。
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を使用しさらに説明する。
【実施例１】
【００１２】
図４は、還元炉室にて酸化物を還元材と反応させている炉室内を示している。炉室ａ及び炉室ｂは炉室内還元雰囲気を燃焼させる２次燃焼空気を供給できる。炉室ｃに燃料と燃焼用空気を反応させるバーナーを有して炉室温度を１０５０℃になるように制御している。炉室ｃから炉室ｂに移動する炉室内ガスは炉室ｂで発生する被処理物から発生する還元ガスと２次燃焼空気が燃焼した排ガスと混合して炉室ｂ内ガスとなる。更に炉室ａでも炉室ｂと同様の反応となり炉室ａ内ガスとなり排ガス処理の誘引ブロワーなどにより吸引されて排ガスとなり排気ダクトに移動する。
【００１３】
本発明を適用する前は排ガス中の酸素濃度が０％で、ＣＯを３％程度検出していた。排ガス中の酸素濃度を測定して炉室ａのみの２次燃焼空気の吹き込み量を変更する第一の工程を実行したところ排ガスダクト中の酸素濃度は所定の濃度１〜２％にできたが排ガス温度が１０９２℃と高くなった。そこで更に排ガスダクト中の温度を測定し炉室ｂの２次燃焼空気量も変更する第ニの工程を実行し、更に第一と第二の工程を繰り返したところ、約１０分という短時間で、排ガスダクト中の酸素濃度は所定の１〜２％、温度は大半の場合に目標の９８０〜１０２０℃に安定した。
【実施例２】
【００１４】
図５は、炉室ａ、炉室ｂ、炉室ｃ、それぞれに燃料と燃焼用空気を反応させるバーナーを有して炉室温度をそれぞれ所定の温度９５０℃、１０００℃、１０５０℃になるように制御した例である。炉室ａ及び炉室ｂは炉室内還元雰囲気を燃焼させる２次燃焼空気を供給できる。炉室ｃから炉室ｂに移動する炉室内ガスは炉室ｂで発生する被処理物から発生する還元ガスと加熱バーナー排ガスと混合して炉室ｂ内ガスとなる。更に炉室ａでも炉室ｂと同様の反応となり炉室ａ内ガスとなり排ガス処理の誘引ブロワーなどにより吸引されて排気ガスとなり排気ダクトに移動する。
【００１５】
本発明を適用する前は排ガス中の酸素濃度が０％で、ＣＯを２％程度検出していた。排ガス中の酸素濃度を測定して炉室ａのみの２次燃焼空気の吹き込み量を変更する第一の工程を実行したところ排ガスダクト中の酸素濃度は所定の濃度１〜２％にできたが排ガス温度が１０８５℃とやはり高くなった。そこで更に排ガスダクト中の温度を測定し炉室ｂの２次燃焼空気量も変更する第ニの工程を実行したところ、約５分という短時間で、排ガスダクト中の酸素濃度は所定の１〜２％、温度は目標の９８０〜１０２０℃となった。
【実施例３】
【００１６】
図６は、排気ガス中の酸素濃度と温度を制御する手段として実施例２における２次燃焼空気の代わりに、炉室ａ、炉室ｂの燃料燃焼用空気の量を燃料量一定の下で調整するようにしたものである。炉室ａ、炉室ｂ、炉室ｃ、それぞれ所定の温度９５０℃、１０００℃、１０５０℃になるようにし制御した。本発明を適用する前は排ガス中の酸素濃度が０％で、ＣＯを２％程度検出していた。排ガス中の酸素濃度を測定して炉室ａの燃焼空気の吹き込み量を変更する第一の工程を実行し、更に排ガスダクト中の温度を測定し炉室ｂの燃焼空気量も変更する第ニの工程を実行したところ、約７分という短時間で、排ガスダクト中の酸素濃度は所定の１〜２％、温度は目標の９８０〜１０２０℃となった。
【実施例４】
【００１７】
図７は、排気ダクトの位置を炉室端部に設置するのではなく炉室全体の中間部に設置した場合である。炉室０は所定温度９００℃に制御し被処理物の乾燥予熱に用いている。バーナー６４は空気比１．０５にて燃料を完全燃焼させ十分な発熱を得ている。炉室０排ガスの余剰酸素約１％と炉室ａ排ガスの未燃ガスが排気ダクト内で反応し不必要な発熱や圧力上昇を起こさないように排気ダクトには仕切壁６１を設け統合排気ダクトで混合する前に炉室ａ排ガスの酸素濃度と温度を測定し所定の酸素濃度と温度になるよう制御した例である。炉室ａ、炉室ｂ、炉室ｃ、それぞれ所定の温度９５０℃、１０００℃、１０５０℃になるように制御した。
【００１８】
本発明を適用する前は、排ガス中の酸素濃度が０〜１％で、一酸化炭素を０〜３％程度検出していた。本発明の第一の工程、第二の工程、第三の工程、第四の工程の適用に加えて排気ダクトに仕切壁６１を設け統合排気ダクトで混合する前に炉室ａ排ガスの酸素濃度と温度を測定し所定の酸素濃度と温度になるよう制御したところ、約８分という短時間で、炉室ａ排ガス中の酸素濃度は所定の１〜２％、温度は目標の９８０〜１０２０℃となった。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】金属酸化物を還元処理する回転炉床炉の水平断面図。
【図２】図１の回転炉床炉のA−A断面図。
【図３】本発明の制御フローチャート。
【図４】本発明の実施例１に係る回転炉床炉排気ダクト及びダクト直前の炉室部の機器構成図。
【図５】本発明の実施例２に係る炉室ａ、炉室ｂの加熱用バーナーを設けた機器構成図。
【図６】本発明の実施例３に係る排気ガス制御をバーナーで実施した機器構成図。
【図７】本発明の実施例４に係る排気ダクトを炉室中間に設けた設備構成図。
【符号の説明】
【００２０】
１…造粒被処理物
２…回転炉床炉
３…炉床
４…被処理物装入設備
５…被処理物排出設備
６…加熱用バーナー(総称)
７…炉床回転方向
８…炉内雰囲気ガス流れ方向
11…排気ガス
12…炉室ａ加熱用バーナー
13…炉室ｂ加熱用バーナー
14…炉室ｃ加熱用バーナー
15…炉室ａ加熱用バーナーへの燃料制御調節弁
16…炉室ｂ加熱用バーナーへの燃料制御調節弁
17…炉室ｃ加熱用バーナーへの燃料制御調節弁
18…炉室ａ加熱用バーナーへの１次燃焼用空気制御調節弁
19…炉室ｂ加熱用バーナーへの１次燃焼用空気制御調節弁
20…炉室ｃ加熱用バーナーへの１次燃焼用空気制御調節弁
21…炉室ａ内温度検出器
22…炉室ｂ内温度検出器
23…炉室ｃ内温度検出器
24…炉室ａの２次燃焼用空気バーナー
25…炉室ｂの２次燃焼用空気バーナー
26…炉室ａの２次燃焼用空気バーナーへの空気制御調節弁
27…炉室ｂの２次燃焼用空気バーナーへの空気制御調節弁
28…排気ダクト内酸素検出器
29…排気ダクト内温度検出器
30…排気ダクト
31…炉室ａ内で発生する還元ガス
32…炉室ｂ内で発生する還元ガス
33…炉室ｃから炉室ｂへ移動する炉室ｃ内ガス
34…炉室ｂから炉室ａへ移動する炉室ｂ内ガス
35…炉室ａ
36…炉室ｂ
37…炉室ｃ
38…炉室０（乾燥予熱炉）
51…炉室ａ加熱用電気ヒーター
52…炉室ｂ加熱用電気ヒーター
53…炉室ｃ加熱用電気ヒーター
61…仕切壁
62…炉室０用排気ダクト
63…統合排気ダクト
64…炉室０加熱用バーナー
65…炉室０加熱用バーナーへの燃料制御調節弁
66…炉室０加熱用バーナーへの１次燃焼用空気制御調節弁
67…炉室０内温度検出器
68…炉室０内で発生するガス（水蒸気他）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005300068.tif 000007
【図６】
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【図７】
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